داربست‌ کامپوزیتی کلسیم‌فسفات دوفازی/ ژلاتین-کیتوسان برای مهندسی بافت استخوان: بهینه‌سازی خواص مکانیکی با استفاده از مدل محاسباتی

کلسیم فسفات دوفازی علاوه بر خواص مکانیکی مطلوب برای استفاده در داربست‌های مهندسی بافت استخوان، دارای خاصیت القای استخوانی نیز است. در این پژوهش داربست‌های کامپوزیتی بر پایه ژلاتین-کیتوسان/ کلسیم فسفات‌دوفازی ساخته شدند. ساخت داربست، انجام آزمون مکانیکی استحکام فشاری و مدل‌سازی آن به منظور دستیابی به نمونه بهینه از اهداف این تحقیق بودند. فاز سرامیکی با استفاده از روش ماکروویو سنتز شد. نسبت ژلاتین به کیتوسان با توجه به تحقیقات پیشین ثابت در نظر گرفته شد. به منظور شناخت فازهای موجود و محاسبه میزان هر یک از آن‌ها در فاز سرامیکی، از تکنیک پراش پرتو ایکس و برای تعیین ترکیب شیمیایی پودر از روش طیف‌سنجی فروسرخ فوریه استفاده شد. نتایج این بررسی حضور 68 درصد هیدروکسی‌آپاتیت در فاز سرامیکی را ثابت کرد. پنج نمونه شامل فاز پلیمری به عنوان زمینه و فاز سرامیکی با نسبت‌های متفاوت در 15 آزمایش طراحی شدند. برای تهیه داربست‌ها از روش خشکایش انجمادی استفاده شد. ترکیب شیمیایی داربست‌های کامپوزیتی با استفاده از تکنیک طیف‌سنجی فروسرخ و اندازه و مورفولوژی حفره‌ها و تخلخل‌های ایجاد شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. داربست‌های حاصل متناسب با درصد فاز سرامیک موجود، حاوی 30 تا 81 درصد تخلخل با میانگین اندازه حفره 119 تا 265 میکرومتر بودند. خواص مکانیکی داربست‌ها نیز مورد بررسی قرار گرفت که حاکی از افزایش مدول یانگ، استحکام فشاری و استحکام تسلیم و نیز کاهش اندازه میانگین حفره‌ها و درصد تخلخل‌ با افزایش درصد فاز سرامیکی بود. خواص رئولوژی داربست مورد بررسی قرار گرفت و با استفاده از تحلیل‌های آماری، رابطه ریاضی بین میزان فاز سرامیکی و هر یک از خواص محاسبه و از تلفیق مدل مربوط به مدول یانگ و مدل مربوط به میزان خلل و فرج، درصد بهینه سرامیک در کامپوزیت برابر با 68 درصد فاز سرامیکی به روش محاسباتی تخمین زده شد.